BA HS D · 2017. 2. 7. · Hochschule Düsseldorf Physikalisches Praktikum Fachbereich EI Braun,...
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Hochschule Düsseldorf Physikalisches Praktikum Fachbereich EI Braun, Prochotta BA
Physikalisches Praktikum BA V108 Haertepruefung 2016_04_01.docx
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V 108 : Härteprüfung
Zusammenfassung:
Gruppe : Namen , Matrikel Nr.:
HS D
Hochschule Düsseldorf Fachbereich EI
Physikalisches Praktikum
Versuchstag: Vorgelegt: Testat :
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HS D
Hochschule Düsseldorf
Fachbereich EI Physikalisches Praktikum
Korrigiert am:
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1. Aufgabenstellung
Ermittlung der Härte mit unterschiedlichen Prüfverfahren von verschiedenen Materialien.
2. Literatur
• Domke, Werkstoffkunde und Werkstoffprüfung, Kapitel 5.5
3. Grundlagen
Härte ist der Widerstand, den ein Werkstoff dem Eindringen eines Prüfkörpers in die
Oberfläche entgegensetzt.
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Härteprüfung nach Brinell Bei der Härteprüfung nach Brinell wird eine Kugel aus Hartmetall oder gehärtetem Stahl mit
einer Prüfkraft in die Probe eingedrückt und der Durchmesser des entstandenen Kugeleindrucks
gemessen.
Abbildung 1: Härteprüfung nach Brinell
Die Brinellhärte HB kann aus der Prüfkraft F und der Oberfläche des Kugeleindrucks in der
Probe berechnet werden.
uckesKugeleindrdesOberfläche
FHB
⋅=
102,0 F = Prüfkraft in N
ä ℎ = ∙ ∙ − √ −
2
= ℎ
= ℎ
In der Praxis wird der Härtewert HB mit der Prüfkraft F und dem Eindruckdurchmesser d aus
Tabellen abgelesen, die der Härteprüfmaschine beigegeben sind.
Der Kugeleindruckdurchmesser d wird durch Mittelwertbildung aus 1d und 2d berechnet:
2
21 ddd
+=
Mit der Brinellhärteprüfung können nur weiche und mittelharte Werkstoffe geprüft werden.
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Versuchsdurchführung. Die Härteprüfung wird mit einer Universal-Härteprüfmaschinen durchgeführt. Die Probe liegt
auf einem Probenteller oder ist in einer Halterung eingespannt. Mit einem Handrad wird die
Probe bis an den Prüfkörper hochgefahren. Dann wird die Prüfkraft aufgegeben. Nach 10 bis 15
Sekunden wird der Prüfkörper angehoben und zur Seite geschwenkt. Dadurch gelangt eine
optische Vergrößerungseinrichtung über den entstandenen Eindruck, der auf einen Leuchtschirm
projiziert wird. Dort kann er mit einer beweglichen Messschiene genau ausgemessen werden.
Es kann mit unterschiedlich großen Prüfkugeln geprüft werden: 1 mm, 2 mm, 2,5 mm, 5 mm und
10 mm. Die Prüfkräfte müssen jeweils so gewählt werden, dass der Belastungsgrad 2102,0 dF⋅
gleich groß ist. Man hat deshalb für Werkstoffgruppen mit etwa gleicher Härte jeweils einen
Belastungsgrad festgelegt. Aus Tabellen kann die zu einem Prüfkugel-Durchmesser
einzustellende Prüfkraft abgelesen werden.
Kurzzeichen Der Brinellhärtewert wird mit einem Kurzzeichen angegeben. Es besteht aus dem Härtewert, den
Kennbuchstaben HBW (Prüfkugel aus Hartmetell) oder HBS (Prüfkugel aus Stahl) und den
Prüfbedingungen.
Beträgt die Einwirkdauer 10 s bis 15 s, so wird sie in der Kurzbezeichnung weggelassen.
Härte und Zugfestigkeit Bei unlegiertem Stahl kann aus dem Brinellhärtewert HBS oder HBW annähernd die
Zugfestigkeit mR berechnet werden. Die Umrechnungsformel lautet: HBRm ⋅≈ 5,3 .
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Härteprüfung nach Vickers Bei der Härteprüfung nach Vickers wird die Spitze einer vierseitigen Pyramide aus Diamant
(Spitzenwinkel 136°) in die Probe eingedrückt und die Diagonalen des entstandenen
Pyramideneindrucks gemessen.
Abbildung 3: Härteprüfung nach Vickers
Die Vickershärte errechnet sich aus der Prüfkraft F in N und der Pyramideneindruckdiagonalen
d in mm nach der Formel:
2
189,0d
FHV ⋅=
Die Diagonale d bestimmt man durch Ausmessen der beiden Diagonalen 1d und 2d des
Eindrucks und Bildung des Mittelwertes.
In der Praxis wird der Vickershärtewert HV aus einer Tabelle abgelesen.
Versuchsdurchführung
Die Härteprüfung nach Vickers wird auf einer Universal-Härteprüfmaschine ähnlich der
Brinellprüfung durchgeführt.
Der Pyramideneindruck ergibt immer scharfe Ränder, die exakt ausgemessen werden können.
Als Prüfkräfte sind für den Makrobereich anzuwenden: 49,03 N (HV 5), 98,07 N (HV 10),
196,1 N (HV 20), 294,2 N (HV 30), 490,3 N (HV 50) und 980,7 N (HV 100).
Bei der Vickershärteprüfung gibt es nur einen Eindringkörper, mit dem sowohl weiche als auch
harte Werkstoffe geprüft werden.
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Kurzzeichen Die Vickershärte wird mit einem Kurzzeichen angegeben, das aus dem Härtewert, den
Kennbuchstaben HV sowie den Prüfbedingungen besteht.
Beträgt die Einwirkdauer 10 bis 15 Sekunden, so wird diese Angabe im Kurzzeichen
weggelassen, also z.B. 360 HV 50.
Für weiche und mittelharte Werkstoffe (bis 350 HV) ergeben die Vickers- und
Brinellhärteprüfung gleiche Zahlenwerte. Bei härteren Werkstoffen weichen die Werte
voneinander ab.
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Härteprüfung nach Rockwell
Abbildung 4: Rockwell Prüfung
Bei den Härteprüfungen nach Rockwell wird der kegel- oder kugelförmige Prüfkörper zunächst
mit der Prüfvorkraft (98 N) belastet und die Messuhr auf 0 gestellt. Danach wird die eigentliche
Prüfkraft (z.B. 1373 N beim HRC-Verfahren) aufgelegt und nach kurzer Zeit wieder
weggenommen. Die bleibende Eindringtiefe h des Prüfkörpers kann an der Messuhr direkt als
Rockwellhärte abgelesen werden.
Abbildung 5: Arbeitsablauf bei der Rockwell-Härteprüfung
Für harte Werkstoffe verwendet man als Prüfkörper einen Diamantkegel mit einem
Spitzenwinkel von 120 (z.B. HRC- und HRA-Verfahren).
Weiche Werkstoffe werden mit einer gehärteten Stahlkugel von 1,59 mm oder 3,175 mm
Durchmesser geprüft (z. B. HRB- und HRF-Verfahren).
Um verschieden harte Werkstoffe zu prüfen, werden unterschiedliche Prüfkräfte eingesetzt.
Beispiele:
HRC: F = 1373 N ; HRA: F = 490,3 N ; HRB: F = 882,6 N ; HRF: F = 490,3 N
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Kurzzeichen Das Kurzzeichen der Rockwellhärte besteht aus dem Härtewert und dem Zeichen für das
angewandte Verfahren.
Vergleich der Härteprüfverfahren
Für welche Werkstoffe ein Härteprüfverfahren einsetzbar ist, kann aus einer vergleichenden
Grafik abgelesen werden. Man erkennt daraus den begrenzten Einsatzbereich der Brinell- und
Rockwell- Härteprüfverfahren und die universelle Anwendungsmöglichkeit der Vickers-
Härteprüfung.
Abb. 6: Anwendungsbereiche und Vergleich der Härtewerte verschiedener Härteprüfverfahren